[发明专利]一种禁带宽度可调的钽铌酸钾高纯纳米晶的制备方法

说明书

本发明涉及一种高纯度钽铌酸钾纳米粉体材料的合成制备方法，主要利用混合溶剂中的水热反应进行合成。以异丙醇和水混合作为反应溶剂，以KOH、Nb₂O₅和Ta₂O₅作为反应物，利用高压反应釜在200℃恒温下30小时合成颗粒均匀的白色KTN粉体，经表征与计算其粒度为50~100nm，立方相纳米晶形貌，结晶良好，纯度较高。根据KTa_1‑xNb_xO₃化学结构特点调节Ta/Nb配比，合成了不同组分的KTN，经测试其禁带宽度值均不相同，介于3.14eV~3.46eV之间，实现了钽铌酸钾材料的带隙可调节。

技术领域

本发明涉及高性能光电材料纳米粉体的人工合成技术领域，具体是一种制备具有不同禁带宽度值的钽铌酸钾纳米晶的方法。

背景技术

钽铌酸钾（KTa_1-xNb_xO₃；简称KTN）是一种具有ABO₃型钙钛矿结构的铁电材料，钙钛矿型铁电材料是一类应用十分广泛的功能材料，具有一系列丰富的可供技术应用的物理特性，比如在介电、压电、铁电、超导以及非线性光学等技术领域都有着极其广泛的应用。KTN材料是KTaO₃和KNbO₃的完全固溶体，具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性，KTN具有粉体、薄膜、陶瓷以及单晶等多种形式，其单晶材料由于优良的电光和二次电光效应，在全息存储、光调制、光束偏转和光学相共轭等方面具有重要的应用前景。

钽铌酸钾材料具有很大的发展潜力，但是其实用化遇到困难：优质的粉体材料是其陶瓷以及晶体制备的基础和前提，目前KTN材料主要的制备方法都要高温处理，高温煅烧容易引起晶粒过大和硬团聚等问题，都会直接影响到其性能，而且制备材料的纯度也很难保证；均匀的KTN粉体、大尺寸、高质量的KTN透明陶瓷和单晶的合成制备都很困难，这限制了它们在电光以及半导体等器件上的应用；此外，半导体器件对于材料的禁带宽度值要求严格，禁带宽度的可调性对于KTN材料的半导体应用具有重要意义。随着各种器件的低维化发展，低维铁电纳米材料由于其独特的性能受到广泛的关注。

禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。半导体价带中的大量电子都是价电子，不是载流子，不能导电。只有当价电子跃迁到导带产生出自由电子和空穴后才能够导电。空穴实际上是价电子跃迁到导带后留下的价键空位，也就是说一个空穴的运动等效于一大群价电子的运动。禁带宽度实际上反映了价电子被束缚强弱的程度，也就是其产生本征激发需要的最小能量。因此，禁带宽度的大小和其值的可调程度将影响到材料的光电性能，进而影响到材料的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种钽铌酸钾高纯纳米晶材料的制备方法，并且通过合成工艺以及组分配比的调节来实现其禁带宽度的可调，高纯度的纳米粉体材料可为钽铌酸钾陶瓷以及单晶的制备提供良好的基础，实现材料禁带宽度的可调能够满足相应半导体器件的需求。

本发明所采用的技术方案是：